KR102117062B1 - 기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법 - Google Patents

기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보통 포틀랜트시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 알루미나시멘트, 무수석고, 이수석고, 고로슬래그 미분말, 무기잠열재 및 아민계 유기잠열재를 포함하는 기능성 결합재를 함유하는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법에 관한 것으로서, 아민계 유기잠열재나 아민계 무기잠열재를 적절한 조성비에 따라 최적의 공융혼합물을 콘트리트 조성물에 적용하여 콘트리트의 양생시간을 단축시키고 콘크리트 구조물의 내부결함을 최소화시켜 내구성 및 강도가 우수한 콘크리트 및 이의 타설방법을 제공한다.

Description

기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법 {Crack reduction type quick-hardening cement concrete composition comprising phase change material and functional binder, or repairing method for road pavement therewith}
본 발명은 유무기 잠열재 및 기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법에 관한 것이다. 상기 조성물은 보통 포틀랜트시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 알루미나시멘트, 무수석고, 이수석고, 고로슬래그 미분말, 무기잠열재 및 아민계 유기잠열재를 포함하는 기능성 결합재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 무기잠열재는 일반적으로 잠열과 열전도도가 높다는 장점이 있으나 상분리 현상이 발생하며 단점을 가지고 있고 이에 반해 아민계 유기잠열재는 무기잠열재에 비해 상분리현상이 적어 그 수명이 길다는 장점이 있으나, 가격면에서는 비싸다는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 유기계 소재나 무기계 소재를 적절한 조성비에 따라 최적의 공융혼합물을 콘트리트 조성물에 적용하여 콘트리트의 양생시간을 단축시키고 콘크리트 구조물의 내부결함을 최소화시켜 내구성 및 강도가 우수한 콘크리트 및 이의 타설방법을 제공한다.
교면 포장의 목적은 교통하중에 의한 충격과 각종 화학적 침식, 기타 기상 환경 조건으로부터 교량 바닥판을 보호하는 동시에 차량의 주행성 확보를 목적으로 설계 및 시공 된다. 전통적인 교면포장방식으로 일반 도로포장 재료인 아스팔트를 사용하는 아스팔트 콘크리트 포장과 방수시트를 이용하는 방법이 주로 사용되어 왔으나 이들은 소성변형 등에 의한 조기 파손, 균열, 침하 등에 의한 내구성 저하로 약 5년 이내에 덧씌우기 등의 보수/보강이 이루어져야 하는 유지관리상의 문제점이 심각하게 제기되고 있는 실정이다. 기존 교면포장 공법이 가지고 있던 문제점을 개선시킨 공법으로 LMC(Latex Modified Concrete) 공법이 개발되어 우수한 균열발생 억제효과 및 방수성 및 부착성능을 향상시킬 수 있기 때문에 수년 전부터 내구성이 우수한 라텍스개질콘크리트(Latex Modified Concrete; 이하 LMC라 칭함) 교면포장공법이 개발되어 국내에 적용된 이후 활발한 시공 및 연구 개발이 진행되고 있다.
그러나 높은 내구성의 콘크리트 포장에 이용되는 초속경 시멘트의 높은 수화열로 인하여 미소 수축이 발생되어 콘크리트의 품질이 저하되고 교량 슬래브로 수분과 염분등을 침투시켜 구조물의 열화를 촉진시키는 주요 원인이 되고 있다. 특히 시공시 발생하는 대부분의 균열은 초기강도를 발현하는 초속경 시멘트의 특성상 시간이 지날수록 국부적인 균열 뿐 아니라 파손으로 이어져 교량 전체의 내구성 저하로 이어져 설계 수명을 채우지 못하는 심각한 결과로 이어진다.
이를 개선하기 위한 방법으로써, 대한민국 등록특허 제10-0683131호에는 콘크리트용 상변화 물질 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 이 특허에서는 아민계 유기잠열재인 파라핀 왁스 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 물을 포함하여 상변화물질을 제조하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 이 기술은 마이크로 캡슐화한 크림상의 상변화 물질을 콘크리트에 적용하여 수화온도를 낮추고 초기강도를 향상시키는 장점이 있으나, 캡슐화 제조공정이 복잡하고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 유기계 파라핀 왁스와 계면활성제를 사용하여 제조된 크림타입의 마이크로 캡슐형 상변화물질은 음이온성 계면활성제를 적용하여 콘크리트에 대한 친수성을 개선하였으나 콘크리트에 비해 비중이 매우 낮아 콘크리트 혼합과정에서 부상할 우려가 있으며, 상변화물질이 포함된 크림상 마이크로 캡슐자체의 단가가 높아 사용량에 제한을 받을 수 있고, 현장시공에도 부담을 줄 수 있는 다른 문제점을 내포하고 있다.
한편, 이러한 상변화 물질(PCM, Phase Change Materials)은 어떤 물질이 고체에서 액체로 또는 액체에서 기체로 상(phase)이 변화면서 열을 흡수하거나 방출하는 잠열 특성을 활용하는 재료를 말하며, 상전이 물질이라고도 한다. 따라서 기존 기술처럼 콘크리트 조성물에 사용될 경우 잠열재 기능을 하게 되는데, 이 물질은 사용 목적에 따라 용융점의 변환이 가능한 장점을 가지고 있어 열교환 도료 등으로 주로 활용되고 있으며, 콘크리트용 혼화재료로써 스트론튬계 잠열재를 사용하여 매스 콘크리트 수화열 저감 관련 건설 신기술이 개발되어 있는 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 건설 재료이다. PCM의 용해열은 물질의 고유 특성이며, 물질에 따라 상전이 온도와 용해열이 다르므로, 같은 콘크리트 조성물이라도 사용 목적에 따른 적정한 잠열재의 선택이 필요한 실정이다.
따라서, 이러한 잠열 성분이 콘크리트 조성물에 포함되게 되면 미소 균열이 감소하게 되고 포장체의 매트릭스가 밀실하게 되어 균열의 억제와 함께 콘크리트의 내구성 증대를 도모할 수 있기에, 본 발명자들은 기존에 사용되던 초속경 시멘트 콘트리트 조성물의 성능을 개선하기 위해 유무기 잠열재가 포함된 최적의 결합재 성분을 배합함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 등록특허 제10-0943312호 (발명의 명칭 : 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법, 출원인 : 고광식 외 2인, 등록일: 2010년02월11일) 대한민국 등록특허 제10-1030165호 (발명의 명칭 : 초속경시멘트 라텍스 개질 모르타르 조성물 및 이를 사용한 콘크리트 교면 방수층 보호 시공방법, 출원인 : 이봉규 외 3인, 등록일: 2011년04월12일) 대한민국 등록특허 제10-0337025호 (발명의 명칭 : 마이크로캡슐형 잠열미립자 슬러리의 제조방법, 출원인 : 한국에너지기술연구원 외 1인, 등록일: 2002년05월04일) 대한민국 등록특허 제10-0683131호 (발명의 명칭 : 콘크리트용 상변화 물질 및 그 제조방법, 출원인 : 지에스건설 주식회사, 등록일: 2007년02월08일) 대한민국 등록특허 제10-1796418호 (발명의 명칭 : 속경성 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법, 출원인 : 주식회사 에프원테크 외 2인, 등록일: 2017년11월03일) 대한민국 등록특허 제10-0802988호 (발명의 명칭 : 잠열 특성을 지닌 프리믹스형 초저발열 결합재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 수화온도 저감방법, 출원인 : 대림산업 주식회사 외 2인, 등록일: 2008년02월04일)
본 발명의 목적은 유무기 잠열재 및 기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법을 제공하는 것이다.
보다 더 자세하게는 본 발명의 목적은 교량 오버레이 포장, 콘크리트 포장의 증설, 콘크리트 포장 보수공사 등의 콘크리트로 이루어진 토목 구조물 보수공사를 위해, 잠열재를 콘크리트 결합재에 프리믹싱함으로써 콘크리트 수화온도의 상전이 온도영역에 도달할 때의 열흡수 및 열방출 효과를 통하여 수화온도가 급격히 상승하는 것을 억제하여 콘크리트의 최고 수화온도를 저감하고 수화속도를 억제함으로써 온도응력을 저감시킬 수 있는 잠열 특성을 지닌 결합재를 함유하는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법을 제공하는 데에 있다.
이를 위해 본 발멩에서는 보통 포틀랜트시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 알루미나시멘트, 무수석고, 이수석고, 고로슬래그 미분말, 무기잠열재 및 아민계 유기잠열재를 포함하는 기능성 결합재를 포함하는 유무기 잠열재 및 기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 이를 이용한 도로 포장 보수 공법을 제공한다.
본 발명은 기능성 결합재를 포함한 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
상기 기능성 결합재는 보통 포틀랜트시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 알루미나시멘트, 무수석고, 이수석고, 고로슬래그 미분말, 무기잠열재 및 아민계 유기잠열재를 포함하는 것이 좋다.
보다 더 바람직하게는 상기 기능성 결합재에는 보통 포틀랜트시멘트 35~48 중량%, 칼슘설포알루미네이트 15~25 중량%, 알루미나시멘트 5~15 중량%, 무수석고 5~15 중량%, 이수석고 5~15 중량%, 고로슬래그 미분말 5~15 중량%, 무기잠열재 0.5~3 중량% 및 아민계 유기잠열재 0.5~3 중량%가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 무기잠열재는 Al2(SO4)3·10H2O, Mg(SO3)2·6H2O, ZnSO4·7H2O 및 Na2SO4·10H2O 중에서 1종 이상이 선택되어 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 아민계 유기잠열재는 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민 또는 헥사데실아민로 이루어진 군 중에서 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에는 물, 상기 기능성 결합재, 잔골재, 굵은골재, 라텍스 합성 폴리머, 리튬카보네이트 및 무수구연산이 포함될 수 있다.
보다 더 바람직하게는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 물 100 중량부 기준으로 결합재 320~420 중량부, 잔골재 800~1250 중량부, 굵은골재 700~840 중량부, 라텍스 합성 폴리머 70~150 중량부, 리튬카보네이트 5~12 중량부 및 무수구연산 1~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상기 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수 공법을 제공한다.
상기 공법은, 보다 더 바람직하게는 시멘트 조성물을 이용한 포장 보수 공법으로서, 도로면을 파쇄기, 평삭기, 숏블라스터를 이용하여 절삭, 블라스팅하여 레이탄스 및 불순물을 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 청소된 부위에 살수하여 습윤상태를 유지하는 단계; 습윤상태 유지 후 높은 접착력 및 방수효과를 얻기 위하여 브루밍 또는 프라이머 처리하는 단계; 브루밍 또는 프라이머 처리한 상부에, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후 상부의 수분 증발을 방지하여 초기 소성균열을 방지하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 양생제 살포 후 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 양생하는 단계를 포함한다.
본 발명은 보통 포틀랜트시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 알루미나시멘트, 무수석고, 이수석고, 고로슬래그 미분말, 무기잠열재 및 아민계 유기잠열재를 포함하는 기능성 결합재를 함유하는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수 공법에 관한 것으로서, 아민계 유기잠열재나 아민계 무기잠열재를 적절한 조성비에 따라 최적의 공융혼합물을 콘트리트 조성물에 적용하여 콘트리트의 양생시간을 단축시키고 콘크리트 구조물의 내부결함을 최소화시켜 내구성 및 강도가 우수한 콘크리트 및 이의 타설방법을 제공한다.
본 발명은 기능성 결합재를 함유하는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에서 사용되는 기능성 결합재에는 보통 포틀랜트시멘트 35~48 중량%, 칼슘설포알루미네이트 15~25 중량%, 알루미나시멘트 5~15 중량%, 무수석고 5~15 중량%, 이수석고 5~15 중량%, 고로슬래그 미분말 5~15 중량%, 무기잠열재 0.5~3 중량% 및 아민계 유기잠열재 0.5~3 중량%가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 보다 더 바람직하게는 1종 보통 포틀랜드 시멘트일 수 있으며, KS에 규정된 것이라면 어느 것이든지 사용할 수 있으나, 더욱 바람직하게는 분말도 4500~5800㎠/g인 것을 사용할 수 있다. 이때 분말도가 5800㎠/g를 초과하는 경우, 수화 반응성 증가에 따라 초기 수화열이 높아질 수 있다. 또한 기능성 결합재 100 중량% 기준으로 보통 포틀랜트시멘트 35~48 중량%가 포함되는 것이 바람직하며, 35 중량% 미만이거나 48 중량%를 초과해도 기능성 결합재로서의 기능이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 기능성 결합재 100 중량% 기준으로 15~25 중량%가 포함되는 것이 좋다. 15 중량% 미만이거나 25 중량%를 초과하면 최종 제조되는 콘크리트의 내구성에 문제를 일으키게 된다.
상기 알루미나 시멘트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 알루미나 시멘트는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 알루미나 시멘트는 결합재 100 중량%를 기준으로 5~15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미나 시멘트는 중량비가 증가하면 빠른 경화 특성을 나타내며, 상기 알루미나 시멘트의 함량이 결합재에 대하여 5중량% 미만일 경우 콘크리트 초기 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 알루미나 시멘트의 함량이 15중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
본 발명에서 사용하는 무수석고 또는 이수석고는 각각 기능성 결합재 100 중량% 기준으로 5~15 중량%가 포함되는 것이 좋다. 이들 석고는 분말도 5500~8500㎠/g인 것을 사용하는 것이 좋으며, 석고는 수화광물의 조직을 치밀하게 하고 콘크리트의 수축을 방지하며, 시멘트 광물의 수화속도를 조절하는 기능을 한다. 따라서 결합재 내의 무수석고 또는 이수석고 함량이 각각 5중량% 미만인 경우, 석고에 의한 수화속도 조절능력을 기대할 수 없고, 콘크리트의 수축 방지효과를 기대할 수 없으며, 무수석고 또는 이수석고 함량이 15중량%를 초과하는 경우, 수화속도의 지연으로 초기 강도 발현이 늦어질 수 있다.
본 발명에서 사용하는 고로 슬래그 미분말의 분말도는 6000~8000㎠/g이며, 상기 고로 슬래그 미분말은 잠재 수경성을 가지고 있으며 포졸란 반응성을 나타내는 물질로서 장기 강도발현 및 내구성 증진과 수화열을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 고로 슬래그 미분말의 분말도가 6000㎠/g보다 낮은 경우, 포졸란 반응성이 낮을 수 있고, 분말도가 8000㎠/g 이상인 경우 포졸란 반응성은 높으나 비용이 높아 경제성이 떨어질 수 있다.
상기 고로슬래그 미분말은 상기 결합재 100 중량%에 대해서 5~15중량%가 포함될 수 있다. 아울러 상기 고로 슬래그 미분말이 5중량% 미만인 경우, 장기강도 발현이 미약할 수 있으며, 15중량%를 초과하는 경우, 초기 강도 발현이 늦어질 수 있다.
상기 잠열재는 시멘트가 수화될 때 발생되는 수화열을 저감시키는 작용을 한다. 시멘트는 초기 수화단계에서 높은 수화열이 발생된다. 이러한 수화열은 콘크리트 균열을 발생시키는 가장 큰 요인이며, 도로포장, 교면포장과 같은 큰 면적을 차지하는 도로, 교면포장에서 수화열에 의한 균열은 내구성을 약화시키는 가장 큰 원인이다.
이 중에서도 무기잠열재는 일반적으로 잠열과 열전도도가 높다는 장점이 있으나 상분리 현상이 발생하며 단점을 가지고 있다. 이에 반해 아민계 유기잠열재는 무기잠열재에 비해 상분리현상이 적어 그 수명이 길다는 장점이 있으나, 가격면에서는 비싸다는 단점이 있다. 그러나 이들 유기계 소재나 무기계 소재를 적절한 조성비에 따라 최적의 공융혼합물을 콘트리트 조성물에 적용하여 콘트리트의 양생시간을 단축시키고 콘크리트 구조물의 내부결함을 최소화시켜 내구성 및 강도를 향상시킬 수 있다.
이에, 본 발명의 기능성 결합재에 포함되는 무기잠열재와 아민계 유기잠열재는 각각 최종 중량이 결합재 100 중량% 기준으로 0.5~3 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 이 때 각 잠열재가 0.5 중량% 미만인 경우, 콘크리트의 초기 수화열을 흡수하는 기능이 미약하여 수화열 저감효과가 낮을 수 있으며, 상기 잠열재가 3 중량%를 초과하는 경우, 초기 수화단계에서 콘크리트의 온도가 낮아져 반응성이 떨어지고 수화속도가 저하될 수 있다. 또한 무기잠열재나 아민계 유기잠열재 각각 단독으로 포함되어도 최종 콘크리트 조성물의 강도나 내구성에 영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다. 이에 본 발명에서는 무기잠열재와 아민계 유기잠열재는 반드시 함께 포함되는 것이 좋다.
본 발명의 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 물 100 중량부 기준으로 상기 기능성 결합재 320~420 중량부, 잔골재 800~1250 중량부, 굵은골재 700~840 중량부, 라텍스 합성 폴리머 70~150 중량부, 리튬카보네이트 5~12 중량부 및 무수구연산 1~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 조성물은 각 성분이 혼합된지 4시간 째에 압축강도 21 Mpa 이상, 휨강도 4.5 Mpa 이상, 부착강도 1.4 Mpa 이상의 성상을 갖는다. 보다 바람직하게는 압축강도 31~35 Mpa 이상, 휨강도 4.9~5.6 Mpa 이상, 부착강도 1.6~1.9 Mpa 이상의 우수한 성상을 가질 수 있다. 또한, 최고 수화열은 30~40℃인 것을 특징으로 한다.
상기 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 기능성 결합재는 물 100 중량부 기준으로 320~420 중량부가 포함되는 것이 바람직한데 320 중량부 미만이면 콘크리트의 초기 수화열을 흡수하는 기능이 미약하여 수화열 저감효과가 낮을 수 있으며, 420 중량부를 초과하면 초기 수화단계에서 콘크리트의 온도가 낮아져 반응성이 떨어지고 수화속도가 저하될 수 있다.
본 발명에서 시멘트 조성물에 사용하는 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 이들은 시멘트 콘크리트 조성물에 물 100 중량부 기준으로 잔골재 800~1250 중량부 및 굵은골재 700~840 중량부가 포함되는 것이 바람직한데 잔골재와 굵은골재의 함량비가 어긋나면 최종 제조된 콘크리트의 강도나 내구성이 좋지 않을 수 있다.
본 발명에서 사용하는 라텍스 합성 폴리머의 농도는 40~60 (w/v)인 것이 바람직하다. 상기 라텍스 합성 폴리머는 약 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도(Tg)를 가지며, 바람직하게는 분자량 86.1 g/mol의 아세트산비닐로 이루어지며, 최종 입자 크기 30nm 내지 1500nm 상태로 수분산된 상태이다. 라텍스 합성 폴리머는 시멘트 콘크리트 조성물에 물 100 중량부 기준으로 70~150 중량부가 포함되는 것이 좋으며, 70 중량부 미만이거나, 150 중량부를 초과하면 역시 최종 제조된 콘크리트의 강도나 내구성이 좋지 않을 수 있다.
상기 리튬카보네이트는 초기 경화 속도를 조절하기 위하여 사용한다. 상기 리튬카보네이트는 물 100 중량부 기준으로 5~12 중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 리튬카보네이트의 함량이 5 중량부 미만일 경우 초기 강도 발현이 늦어지고, 상기 리튬카보네이트의 함량이 12 중량부를 초과하면 반응성이 높아져 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
무수구연산은 물 100 중량부 대비 1~5 중량부가 포함되는 것이 좋은데, 시멘트 콘크리트를 이용한 작업시에 지연제로 사용되며, 상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 무수구연산 대신 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올이 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수 공법을 제공한다.
보다 더 바람직하게는 시멘트 조성물을 이용한 포장 보수 공법으로서, 도로면을 파쇄기, 평삭기, 숏블라스터를 이용하여 절삭, 블라스팅하여 레이탄스 및 불순물을 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 청소된 부위에 살수하여 습윤상태를 유지하는 단계; 습윤상태 유지 후 높은 접착력 및 방수효과를 얻기 위하여 브루밍 또는 프라이머 처리하는 단계; 브루밍 또는 프라이머 처리한 상부에, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후 상부의 수분 증발을 방지하여 초기 소성균열을 방지하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 양생제 살포 후 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 양생하는 단계를 포함한다.
상기 양생하는 단계는, 현장의 온도, 습도, 바람의 세기를 포함하는 대기 상태에 따라 1) 양생제만을 살포하거나, 2) 양생제를 살포한 후 상부에 비닐 또는 양생포를 덮고 살수하여 습윤상태를 유지하거나, 또는 3) 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 또는 보온덮개를 이용하여 보온을 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용하는 것이 좋다.
특히, 상기 양생하는 단계에서, 현장 대기 조건(예를 들면, 하절기처럼 대기온도(25℃이상)가 높고 상대습도가 낮으며 바람이 많은 대기조건인 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤상태를 유지한다. 반대로 대기온도(25℃이하)가 높지 않고 상대습도가 높으며 바람이 적은 대기조건인 경우에는 양생제만을 살포하여 양생한다.)에 따라 양생제만을 살포하거나 양생제를 살포한 후 상부에 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤상태를 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용할 수 있다. 또한, 대기온도가 5℃ 이하가 되는 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 보온덮개 등을 이용하여 보온양생을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 브루밍 또는 프라이머 처리는 상기 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 슬래브에 부착되기 용이하게 하는 작업을 의미하는 것으로 사용한다. 브루밍재로는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 프라이머 재료로는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
이때, 브루밍재 또는 프라이머는 고형분의 함량을 10중량% 정도로 낮추어 시공하는 것이 좋은데, 고형분 함량이 10중량%를 초과하여 사용할 경우에 발생하는 피막 두께가 두꺼워져 도리어 부착성능이 저하될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 및 비교예 1. 콘트리트 첨가용 결합재의 제조>
하기 표 1의 조건으로 각 성분을 혼합하여 콘트리트 첨가용 결합재를 첨가하였다.
조건 보통
포틀
랜트
시멘트
(g)
칼슘
설포
알루미네이트
(g)
알루미나시멘트
(g)
무수석고
(g)
이수석고
(g)
고로
슬래그
미분말
(g)
Al2(SO4)3·10H2O
(g)
ZnSO4·7H2O 데실
아민
(g)
총계
(g)
실시예 1-1 35 25 10 9 9 9 1 1 1 100
실시예 1-2 35 22 13 9 9 9 1 1 1 100
실시예 1-3 40 17 13 9 9 9 1 1 1 100
실시예 1-4 48 17 5 9 9 9 1 1 1 100
실시예 1-5 40 15 13 5 9 15 0.5 2 0.5 100
실시예 1-6 45 16.5 10 5 15 5 2 1 0.5 100
실시예 1-7 40 15 5 12.5 13 13 0.5 0.5 0.5 100
                     
비교예 1-1 55 13 5 9 9 9 0 0 0 100
비교예 1-2 49 17 7 9 9 9 0 0 0 100
비교예 1-3 55 12 3 9 9 9 0 0 3 100
비교예 1-4 35 25 10 7 7 7 0 9 0 100
비교예 1-5 35 22 22 9 9 0 3 0 0 100
비교예 1-6 35 0 30 9 9 9 5.5 0 2.5 100
비교예 1-7 48 17 1 9 9 9 5 1 1 100
비교예 1-8 30 30 20 0 0 17 1 1 1 100
비교예 1-9 30 30 0 7 7 17 3 3 3 100
비교예 1-10 35 19 10 9 9 9 4 5 0 100
<실시예 2 및 비교예 2. 성분 함량비에 따른 콘크리트 조성물의 제조>
하기 표 2의 조건으로 실시예 1-1의 결합재, 잔골재, 굵은 골재, 리튬 카보네이트, 무수 구연산을 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물과 라텍스 합성 폴리머 액상을 첨가하여 다시 2분간 교반하여 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
조건 
(g)
실시예 1-1의 결합재
(g)
잔골재
(g)
굵은골재
(g)
라텍스 합성 폴리머 액상 (47(w/v)%)
(g)
리튬
카보네이트
(g)
무수
구연산
(g)
총합
(g)
실시예 2-1 100 370 1041 760 127 5 2 2405
실시예 2-2 100 420 883 840 150 9 3 2405
실시예 2-3 100 320 1209 700 70 5 1 2405
             
비교예 2-1 100 300 1110 700 180 15 0 2405
비교예 2-2 100 500 1323 400 80 0 2 2405
비교예 2-3 100 320 1100 840 45 0 0 2405
<실시예 3 및 비교예 3. 결합재의 성분에 따른 콘크리트 조성물의 제조>
실시예 2 및 비교예 2의 방법으로 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하되, 결합재를 하기 표 3의 조건으로 치환하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
 조건 결합재 종류에 따른 콘크리트 조성물
실시예 3-1 실시예 1-2의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
실시예 3-2 실시예 1-3의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
실시예 3-3 실시예 1-4의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
실시예 3-4 실시예 1-5의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
실시예 3-5 실시예 1-6의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
실시예 3-6 실시예 1-7의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-1 비교예 1-1의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-2 비교예 1-2의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-3 비교예 1-3의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-4 비교예 1-4의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-5 비교예 1-5의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-6 비교예 1-6의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-7 비교예 1-7의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-8 비교예 1-8의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-9 비교예 1-9의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
비교예 3-10 비교예 1-10의 결합재를 사용한 콘크리트 조성물
<시험예 1. 슬럼프시험>
실시예 2 및 3, 비교예 2 및 3의 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프시험(반죽의 정도)을 수행하여 그 결과를 다음의 표 4와 같이 나타내었다. 슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
 조건 슬럼프(cm)
교반 직후 20분 경과 후
실시예 2-1 20 18.5
실시예 2-2 20 18.6
실시예 2-3 20 19.1
실시예 3-1 20 18.2
실시예 3-2 20 19.3
실시예 3-3 20 19.1
실시예 3-4 20 18.4
실시예 3-5 20 19.2
실시예 3-6 20 19.3
비교예 2-1 20 16.2
비교예 2-2 20 14.3
비교예 2-3 20 15.1
비교예 3-1 20 15.3
비교예 3-2 20 14.1
비교예 3-3 20 16.0
비교예 3-4 20 15.1
비교예 3-5 20 16.0
비교예 3-6 20 15.2
비교예 3-7 20 15.3
비교예 3-8 20 14.1
비교예 3-9 20 16.0
비교예 3-10 20 15.2
일반적으로 슬럼프 시험에서는 19±3cm의 슬럼프를 교면 포장용 콘크리트의 적정 작업성으로 평가하고 있으며, 이후 일정시간(약30분내외)의 시간까지 슬럼프 손실이 적어야 우수한 작업성을 가진 콘크리트라고 할수 있다. 따라서 다소 짧은시간(20분)에 슬럼프 손실이 큰 경우 현장 작업성이 우수한 콘크리트라고 말할 수 없다.
따라서, 상기 표 1에서와 같이, 실시예 2 및 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 2 및 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수한 것임을 확인할 수 있다.
<시험예 2. 압축강도 측정>
실시예 2 및 3, 비교예 2 및 3의 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도를 측정하여 하기 표 5에 시간 경과에 따른 값을 나타내었다. 본 발명에서는 콘크리트로 사용하기에 적합한 압축강도를 4시간에 약 21Mpa 이상으로 기준하였다.
구 분 4시간 후 압축강도 (Mpa)
실시예 2-1 33.5
실시예 2-2 34.2
실시예 2-3 33.1
실시예 3-1 32.1
실시예 3-2 34.0
실시예 3-3 34.2
실시예 3-4 32.1
실시예 3-5 31.2
실시예 3-6 32.3
비교예 2-1 19.6
비교예 2-2 21.1
비교예 2-3 19.1
비교예 3-1 18.1
비교예 3-2 19.2
비교예 3-3 19.0
비교예 3-4 21.0
비교예 3-5 18.5
비교예 3-6 18.2
비교예 3-7 18.1
비교예 3-8 18.2
비교예 3-9 18.3
비교예 3-10 19.1
상기 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 4시간이 경과하면 경화되기 때문에 타설된 콘크리트에서 다른 작업을 수행할 수 있었다. 또한, 완전히 경화된 후에도 실시예 2 및 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 2 및 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 높았다.
<시험예 3. 휨강도 측정>
실시예 2 및 3, 비교예 2 및 3의 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 본 발명에서는 콘크리트로 사용하기에 적합한 휨강도는 4시간에 약 4.5Mpa 이상으로 기준하였다.
구 분 4시간 후 휨강도(Mpa)
실시예 2-1 5.54
실시예 2-2 5.62
실시예 2-3 5.51
실시예 3-1 5.17
실시예 3-2 5.24
실시예 3-3 4.91
실시예 3-4 5.03
실시예 3-5 5.14
실시예 3-6 5.12
비교예 2-1 3.16
비교예 2-2 3.21
비교예 2-3 3.25
비교예 3-1 4.52
비교예 3-2 4.12
비교예 3-3 3.21
비교예 3-4 3.23
비교예 3-5 4.11
비교예 3-6 4.20
비교예 3-7 4.33
비교예 3-8 4.22
비교예 3-9 4.37
비교예 3-10 3.51
상기 표 6을 참고하면, 실시예 2 및 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 4시간이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않았다. 또한, 콘크리트가 완전히 경화되는 28일 후에는 실시예 2 및 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 2 및 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4. 부착강도 측정>
실시예 2 및 3, 비교예 2 및 3의 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 부착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 7에 나타내었다. 본 발명에서는 콘크리트로 사용하기에 적합한 부착강도는 4시간에 약 1.4Mpa 이상으로 기준하였다.
구 분 4시간 후 부착강도(Mpa)
실시예 2-1 1.77
실시예 2-2 1.72
실시예 2-3 1.78
실시예 3-1 1.76
실시예 3-2 1.62
실시예 3-3 1.75
실시예 3-4 1.81
실시예 3-5 1.74
실시예 3-6 1.72
비교예 2-1 1.30
비교예 2-2 1.21
비교예 2-3 1.25
비교예 3-1 1.32
비교예 3-2 1.37
비교예 3-3 1.21
비교예 3-4 1.23
비교예 3-5 1.12
비교예 3-6 1.25
비교예 3-7 1.35
비교예 3-8 1.21
비교예 3-9 1.32
비교예 3-10 1.45
그 결과, 상기 표 7에 개시된 바와 같이, 실시예 2 및 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 2 및 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 부착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5. 수화열 최고 상승온도 측정>
실시예 2 및 3, 비교예 2 및 3의 시멘트 콘크리트 조성물에 대해 수화열 최고 상승온도 측정을 하였고 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다. 본 발명에서는 콘크리트로 사용하기에 적합한 수화열 최고 상승온도는 30~40℃인 것으로 기준하였다.
구 분 수화열 최고온도 (℃)
실시예 2-1 38.5
실시예 2-2 35.1
실시예 2-3 39.2
실시예 3-1 35.1
실시예 3-2 32.0
실시예 3-3 33.2
실시예 3-4 35.4
실시예 3-5 36.1
실시예 3-6 39.0
비교예 2-1 67.5
비교예 2-2 29.1
비교예 2-3 34.1
비교예 3-1 65.5
비교예 3-2 62.1
비교예 3-3 65.2
비교예 3-4 29.0
비교예 3-5 67.2
비교예 3-6 28.4
비교예 3-7 29.1
비교예 3-8 34.0
비교예 3-9 29.2
비교예 3-10 28.2
실험결과 수화열이 최고로 오르는 시각은 대부분 100분 내외였고 그 전에 급격히 상승하여 100분이 지난 후 다시 급격히 하강하는 추세를 보여주었다. 표 8에 따르면, 실시예 2 및 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 2 및 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 수화열이 30~40℃를 유지하여 조절이 잘 되고 있음을 보여줄 수 있다. 60℃ 이상의 고열 외에도 30℃ 미만의 기준치 이상의 더 낮은 수화열이 발생하는 경우는 콘크리트의 온도가 낮아져 반응성이 떨어지기 때문에 실제 도로포장이나 기타 타설용으로 사용하기에 더욱 적합지 않다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (6)

  1. 물 100 중량부 기준으로 결합재 320~420 중량부, 잔골재 800~1250 중량부, 굵은골재 700~840 중량부, 라텍스 합성 폴리머 70~150 중량부, 리튬카보네이트 5~12 중량부 및 무수구연산 1~5 중량부를 포함하는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물로서,
    상기 결합재에는 보통 포틀랜트시멘트 35~48 중량%, 칼슘설포알루미네이트 15~25 중량%, 알루미나시멘트 5~15 중량%, 무수석고 5~15 중량%, 이수석고 5~15 중량%, 고로슬래그 미분말 5~15 중량%, 무기잠열재 0.5~3 중량% 및 아민계 유기잠열재 0.5~3 중량%가 포함되고,
    상기 무기잠열재는 Al2(SO4)3·10H2O, Mg(SO3)2·6H2O, ZnSO4·7H2O 및 Na2SO4·10H2O 로 이루어진 군 중에서 1종 이상이 선택되며,
    상기 아민계 유기잠열재는 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민 또는 헥사데실아민으로 이루어진 군 중에서 1종 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항의 균열 저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수 공법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도로 포장 보수 공법은, 도로면을 파쇄기, 평삭기, 숏블라스터를 이용하여 절삭, 블라스팅하여 레이탄스 및 불순물을 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 청소된 부위에 살수하여 습윤상태를 유지하는 단계; 습윤상태 유지 후 높은 접착력 및 방수효과를 얻기 위하여 브루밍 또는 프라이머 처리하는 단계; 브루밍 또는 프라이머 처리한 상부에, 제1항의 초속경 시멘트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후 상부의 수분 증발을 방지하여 초기 소성균열을 방지하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 양생제 살포 후 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장 보수 공법.
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